2026届高三物理一轮复习讲义：第十五章第2讲 原子结构和原子核

第2讲　原子结构和原子核 【复习目标】 1.理解原子的核式结构，了解氢原子光谱，理解玻尔原子结构理论，会分析能级跃迁问题。 2.理解原子核的衰变，会计算原子核的半衰期。 3.理解原子核的人工转变、重核的裂变、轻核的聚变，会书写核反应方程，会计算核反应过程的核能。 【必备知识】 1.原子核式结构 (1)电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。 (2)α粒子散射实验 1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验。实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”。 (3)原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 2.氢原子光谱 (1)光谱分类 (2)氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3，4，5，…，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1)。 3.玻尔三条假设 (1)定态假设:原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 (2)跃迁假设:电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em(m<n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)。 (3)轨道假设:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。 4.氢原子能级和能级公式 (1)氢原子的能级公式和轨道半径公式 ①能级公式:En ＝E1(n＝1，2，3，…)，其中基态的能量E1最低，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②半径公式:rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，其数值为r1 ＝0.53×10－10 m。 (2)氢原子的能级图(如图所示) 5.原子核 (1)原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 (2)天然放射现象 ①放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。 ②放射性同位素的应用与防护 应用:消除静电、工业探伤、作为示踪原子、培养优良品种。 防护:防止放射线对人体组织的伤害。 (3)原子核的衰变 ①衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 ②分类 α衰变XY＋He β衰变XY＋e γ辐射:当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随γ辐射。 ③两个典型的衰变方程 α衰变UThHe β衰变ThPae (4)半衰期 ①定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 ②影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 ③公式:N余 ＝N原，m余＝m原。 (5)核力与结合能 ①核力:原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 ②质能方程:核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。 ③结合能:核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能。 ④比结合能:原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 (6)裂变反应与聚变反应 ①重核裂变 典型方程UnKrBa＋n 链式反应条件:铀块的体积大于临界体积。 ②轻核聚变 典型方程HH→Hen＋17.6 MeV 聚变反应为热核反应。 【考点突破】 考点一　原子的核式结构 【典例剖析】 例1 α粒子散射实验的示意图如图所示，放射源发出α射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中1、2、3为其中的三个位置。下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是(　　) A.在位置2接收到的α粒子最多 B.在位置1接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C.位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大 D.若正电荷均匀分布在原子内，则1、2、3三个位置接收到α粒子的比例应相差不多 答案　B 解析　由于原子中大部分是空的，故大部分α粒子会沿直线通过，所以在位置3接收到的α粒子最多，故A错误;在位置1接收到α粒子，说明α粒子发生了大角度偏折，可以推出正电荷不可能均匀分布在原子内，故B正确;由题图看出，位置2接收到的α粒子偏折程度没有位置1的大，所以位置1接收到的α粒子比位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量大，故C错误;若正电荷均匀分布在原子内，则1、2位置几乎接收不到α粒子，3位置接收得最多，故D错误。 【即时训练】 1.(多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法中正确的是(　　) A.绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹3，说明原子中心存在原子核 B.发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的 C.沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小 D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大 答案　BC 解析　在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹如轨迹1所示，说明原子中绝大部分是空的，A项错误;极少数粒子发生超过90°的大角度偏转，B项正确;根据点电荷周围电场分布情况可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核α粒子的加速度越大，因此沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，C项正确;沿轨迹2运动的α粒子从a运动到b过程中受到斥力作用，根据电场力做功特点可知，电场力做负功，电势能增大，从b运动到c过程中，电场力做正功，电势能减小，D项错误。 考点二　玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱 【知识梳理】 1.两类能级跃迁 (1)自发跃迁:高能级(n)低能级(m)→放出能量，辐射光子，hν＝En－Em。 (2)受激跃迁:低能级(m)高能级(n)→吸收能量。 ①光照(吸收光子):光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝En－Em。 ②碰撞、加热等:只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可，E外≥En－Em。 ③大于电离能的光子被吸收，原子将电离。 2.电离 电离态:n＝∞，E＝0 基态→电离态:E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV。 激发态→电离态:E吸>0－En＝|En|。 若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。 3.原子辐射光谱线数量的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)条。 (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为N＝。 【典例剖析】 例2 (多选)(2025·八省联考山陕青宁卷，9)氢原子能级图如图所示，若大量氢原子处于n＝1，2，3，4的能级状态，已知普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，1 eV＝1.6×10－19 J，某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV，则(　　) A.这些氢原子跃迁过程中最多可发出3种频率的光 B.这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为1.6×1014 Hz C.这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出 D.一个动能为12.5 eV的电子碰撞一个基态氢原子不能使其跃迁到激发态 答案　BC 解析　这些氢原子跃迁过程中最多可发出＝6种频率的光，故A错误;氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子的能量最小，为E＝E4－E3＝0.66 eV，这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为νmin＝ Hz＝1.6×1014 Hz，故B正确;某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV，则这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出，分别是从n＝4→1，n＝3→1，n＝2→1，n＝4→2能级跃迁发出的光子，故C正确;一个基态氢原子跃迁到激发态所需的最小能量为Emin＝E2－E1＝10.2 eV，一个动能为12.5 eV的电子(大于10.2 eV)碰撞一个基态氢原子能使其跃迁到激发态，故D错误。 【即时训练】 2.(2024·安徽卷，1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(　　) A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 答案　B 解析　大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的光的种类为＝3种。辐射出光子的能量分别为ΔE1＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，ΔE3＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，其中ΔE1>3.11 eV，ΔE2<3.11 eV，ΔE3>3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种，故B正确。 3.(多选)(2024·重庆卷，8)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线，如图所示，则(　　) A.Hα的波长比Hβ的小 B.Hα的频率比Hβ的小 C.Hβ对应的光子能量为3.4 eV D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 答案　BD 解析　氢原子n＝3与n＝2的能级差小于n＝4与n＝2的能级差，则Hα与Hβ相比，由E＝hν＝h知λα>λβ，να<νβ，故A错误，B正确;Hβ对应的光子能量为Eβ＝(－0.85) eV－(－3.40) eV＝2.55 eV，故C错误;氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量ΔE＝(－3.40) eV－(－13.60) eV＝10.2 eV>Eβ，则Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确。 考点三　原子核的衰变及半衰期 【知识梳理】 1.α衰变和β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 XYHe XYe 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个He射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 H＋nHe nHe 匀强磁 场中轨 迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2.三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 能力 贯穿 本领 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 较强 较弱 β射线 电子 e －e u 较弱 较强 γ射线 光子 γ 0 0 更弱 更强 3.对半衰期的理解 (1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核没有意义。 (2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原，m余＝m原。 4.衰变次数的计算方法 先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。 【典例剖析】 例3 (2024·山东卷，1)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知Sr衰变为Y 的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约为87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是(　　) ASr衰变为Y时产生α粒子 BPu衰变为U时产生β粒子 C.50年后，剩余的Sr数目大于Pu的数目 D.87年后，剩余的Sr数目小于Pu的数目 答案　D 解析　 质量数守恒电荷数守恒 <<，C错误，D正确。 【即时训练】 4.(2024·北京卷，1)已知钍234的半衰期是24天，则1 g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　 A.0 g B.0.25 g C.0.5 g D.0.75 g 答案　B 解析　48天为2个半衰期，则钍234经过48天后剩余质量为m＝m0＝1× g＝0.25 g，B正确，A、C、D错误。 考点四　核反应及核能的计算 角度1　核反应方程的书写 【知识梳理】 1.核反应的四种类型 类　型 可控性 核反应方程典例 α衰变 自发 UThHe β衰变 自发 ThPae 人工转变 人工控制 NHeOH (卢瑟福发现质子) HeBeCn (查德威克发现中子) AlHe Pn 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 PSie 重核裂变 比较容易 进行人工 控制 nUBaKr+n nUXeSr+1n 轻核聚变 很难控制 HHHen+17.6 MeV　　　　　　 2.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子H)、中子n)、α粒子He)、β粒子e)、正电子e)、氘核H)、氚核H)等。 (2)掌握核反应方程遵循的规律:质量数守恒，电荷数守恒。 (3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。 【典例剖析】 例4 (2024·广东卷，2)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应YAmX+n产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是(　　) A.Y为Fe，A=299 B.Y为Fe，A=301 C.Y为Cr，A=295 D.Y为Cr，A=297 答案　C 解析　核反应方程为YAmX+n，设Y的电荷数为y，根据电荷数守恒有y+95=119+0，可得y=24，即Y为Cr;根据质量数守恒有54+243=A+2，可得A=295，故C正确。 【即时训练】 5.(2024·甘肃卷，1)2024年2月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素Os，核反应方程如下: CdNiOs＋4X 该方程中X是(　　) A.质子 B.中子 C.电子 D.α粒子 答案　B 解析　→ A＝1，Z＝0⇒X为n，B正确。 角度2　核能的计算 【知识梳理】 1.核能的计算方法 (1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (3)根据核子比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。 2.对质能方程的理解 (1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。 (3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 【典例剖析】 例5 (2024·浙江1月选考，7)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1，氘核摩尔质量为2 g·mol－1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是(　　) A.核反应方程式为H+HHen B.氘核的比结合能比氦核的大 C.氘核与氚核的间距达到10－10 m就能发生核聚变 D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV 答案　D 解析　核反应方程式为HHHen，故A错误;氘核的比结合能比氦核的小，故B错误;氘核若与氚核发生核聚变，它们间的距离必达到10－15 m以内，故C错误;一个氘核与一个氚核聚变反应的质量亏损Δm=(2.014 1+3.016 1－4.002 6－1.008 7) u=0.018 9 u，聚变反应释放的能量ΔE=Δm×931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出能量E=×6.0×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，故D正确。 例6 (多选)原来静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核，衰变后产生的新核Y和α粒子在磁场中运动径迹如图所示，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为Y核和α粒子的动能，已知Y核的动能为E0，光速为c，下列说法正确的是(　　) A.衰变方程为XHe+Y，其中α粒子由X核中两个中子和两个质子结合而成 B.Y核和α粒子在磁场中运动方向都为逆时针方向 C.该反应中质量亏损为 D.Y核和α粒子运动的半径之比为(Z－2)∶2 答案　ABC 解析　根据质量数守恒和电荷数守恒，衰变方程为XHe+Y，其中α粒子由X核中两个中子和两个质子结合而成，故A正确;根据左手定则，Y核和α粒子在磁场中运动方向都为逆时针方向，故B正确;根据Ek＝mv2，p＝mv，可得p＝，衰变后产生的Y核和α粒子动量大小相等，有p1＝p2，解得α粒子的动能E'＝E0＝E0，衰变后产生的Y核和α粒子总动能为E＝E0＋E'＝E0，根据质能方程有E0＝Δmc2，解得质量亏损Δm＝，故C正确;粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r＝，因为Y核和α粒子动量大小相等，所以有r1∶r2＝q2∶q1＝2∶(Z－2)，故D错误。 【即时训练】 6.(2025·江苏名校联盟联考)我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程—福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90%，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线，以下判断中正确的是(　　) A.两个H核结合成He时要释放能量 B.两个H结合成He存在能量与质量的相互转化 C.我国核电站发电就是利用轻核聚变释放能量 DU中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量小 答案　A 解析　两个H核聚变结合成He核时，有质量亏损，由质能方程可知，两个H核结合成He时要释放能量，故A正确;能量和质量之间只是相差一个系数，两者都反映物体的属性，彼此之间不存在转化关系，故B错误;我国核电站发电是利用重核裂变释放能量，故C错误;由题图可知,U核的比结合能比Ba核的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，所以U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量大，故D错误。 7.(多选)太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是(　　) A.X粒子是质子 B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 答案　BC 解析　由题中信息知核反应方程为HHHe+n，X粒子为中子，A错误;由质量守恒可知，X粒子的质量m＝(1 876.1＋2 809.5－3 728.4－17.6) MeV/c2＝939.6 MeV/c2，B正确;由质能方程可知，太阳每秒因辐射损失的质量Δm＝ kg＝4.4×109 kg，C正确;太阳每秒放出的能量ΔE＝Pt＝4×1026×1 J＝ eV＝2.5×1045 eV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝＝2.5×1039 MeV/c2，D错误。 【限时训练】（35min） 1.(多选)关于卢瑟福的原子核式结构，下列叙述正确的是(　　) A.原子是一个质量分布均匀的球体 B.原子的质量几乎全部集中在原子核内 C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内 D.原子直径的数量级大约是10－10 m，原子核直径的数量级是10－15 m 答案　BD 解析　原子的质量几乎全部集中在原子核内，A错误，B正确;原子中，原子核带正电，核外电子带负电，C错误;原子直径的数量级是10－10 m，原子核直径的数量级是10－15 m，D正确。 2.(2024·江苏卷，5)在某原子发生的跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是(　　) A.λ1 B.λ2 C.λ3 D.λ4 答案　C 解析　结合爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若只有一种光子可以使某金属发生光电效应，则该光子的能量最大，又由题图可知辐射的λ3光子的能量最大，所以只有λ3光子可以使该金属发生光电效应，C正确。 3.(2025·贵州黔东南模拟)如图所示，氢原子在可见光区的4条谱线(记作Hα、Hβ、Hγ和Hδ)分别对应氢原子从n＝3、4、5、6能级向n＝2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是(选项图中标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大)(　　) 答案　D 解析　光谱图中谱线位置表示相应光子的波长，氢原子从n＝3、4、5、6能级分别向n＝2能级跃迁时，发射的光子能量增大，所以光子频率增大，光子波长减小，在标尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线应从右向左排列。由于氢原子从n＝3、4、5、6能级分别向n＝2能级跃迁释放光子能量的差值越来越小，所以从右向左4条谱线排列越来越紧密，故D正确。 4.(2025·黑龙江哈尔滨模拟)关于原子核衰变，下列说法正确的是(　　) A.100个铀核U)经一个半衰期后一定剩50个铀核U)未发生衰变 B.原子核的半衰期在高温高压下会变短 C.放射性元素发生β衰变时所放出的电子来源于原子核外 D.一个铀核U)衰变为铅核Pb)，要经过8次α衰变和6次β衰变 答案　D 解析　放射性元素的半衰期是大量的放射性元素的原子核衰变的统计规律，对个别的原子核没有意义，故A错误;放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，与外界的温度无关，与化学状态也无关，故B错误;放射性元素发生β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，故C错误;令铀核U)衰变为铅核(Pb)的核反应方程为UPb+He+n e，根据质量数守恒和电荷数守恒得238=206+4m，92=82+2m－n，解得m=8，n=6，故D正确。 5.(2025·山东济南模拟)2024年1月天津大学科研团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题，打开了石墨烯带隙，开启了石墨烯芯片制造领域“大门”。石墨烯是C的同素异形体，目前已知C的同位素共有15种，其中14C是一种放射性的元素，可衰变为14N，如图所示为包含14C衰变相关信息，下列说法正确的是(　　) A.当环境温度变化时，14C的半衰期会发生改变 B.14C转变为14N，衰变方式为α衰变 C.32个14C原子核在经过22 920年后还剩2个 D.当14N数量是14C数量的3倍时，14C衰变经历的时间为11 460年 答案　D 解析　放射性元素的半衰期是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故A错误;根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒，可得其衰变方程为CNe，则可知其为β衰变，故B错误;衰变服从量子统计规律，只对大量的原子才有意义，故C错误;由题图可知14C的衰变周期T为5 730年，当14N数量是14C数量的3倍时，根据N余＝N原知＝2，解得t＝11 460年，故D正确。 6.(2024·河北卷，1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明，锂元素主要来自宇宙高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为CHLi＋H＋X，式中的X为(　　) An Be Ce DHe 答案　D 解析　设X的质量数为A，电荷数为Z，根据核反应前、后质量数和电荷数守恒得A＝12＋1－7－2×1＝4，Z＝6＋1－3－2×1＝2，则X为He，D正确。 7.(2024·江苏卷，3)用粒子X轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是X＋H+，则粒子X为(　　) A.正电子e B.中子n C.氘核H D.氦核He 答案　B 解析　 8.(2024·湖北卷，2)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一BnXY是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则(　　) A.a＝7，b＝1 B.a＝7，b＝2 C.a＝6，b＝1 D.a＝6，b＝2 答案　B 解析　 9.(2024·浙江6月选考，4)发现中子的核反应方程为HeBe→Xn，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为PuU＋Y，下列说法正确的是(　　) A.核反应方程中的X为C B.衰变方程中的Y为He C.中子n的质量数为零 D.钚238的衰变吸收能量 答案　A 解析　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为12，电荷数为6，故X为C，Y的质量数为4，电荷数为2，故Y为He，A正确，B错误;中子n的电荷数为0，质量数为1，C错误;衰变过程中质量亏损，释放能量，D错误。 10.(2025·四川绵阳一模)嫦娥五号带回的月壤中蕴藏着非常稀有的能源物质HeHe是一种清洁的可控核聚变燃料。已知He与H聚变时的核反应方程为HHeHeH。已知H的比结合能为1.09 MeVHe的比结合能为2.57MeVHe的比结合能为7.07 MeV。则该核聚变反应释放的核能约为(　　) A.3.3 MeV B.4.0 MeV C.17.6 MeV D.18.4 MeV 答案　D 解析　聚变反应前H的比结合能为E1＝1.09 MeV×2＝2.18 MeV，聚变反应前He的比结合能为E2＝2.57 MeV×3＝7.71 MeV，聚变反应后He的比结合能为E3＝7.07 MeV×4＝28.28 MeV，聚变过程释放出的能量为ΔE＝E3－E1－E2＝18.39 MeV≈18.4 MeV，故D正确。 11.2023年4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过某种方法产生等离子体，等离子体满足一定条件就会发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。关于氢的同位素氘或氚的核聚变，其核反应方程为HHHe＋X＋17.6 MeV，光速c＝3.0×108 m/s，则下列说法正确的是(　　) A.H的比结合能大于He的比结合能 B.粒子X具有较强的电离能力 C.一个氘核和一个氚核发生核聚变，质量亏损约为3.1×10－29 kg D.提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应 答案　C 解析H和H聚变为He会放出能量，可知生成物比反应物更加稳定，即H的比结合能小于He的比结合能，故A错误;根据电荷数和质量数守恒可知，此反应中的X电荷数为0，质量数为1，即粒子是中子，中子的穿透能力强，电离能力弱，故B错误;根据质能方程有ΔE＝Δmc2，则一个氘核和一个氚核发生核聚变，质量亏损为Δm＝ kg＝3.1×10－29 kg，故C正确;目前轻核聚变只能在高温高压的环境下进行，故D错误。 12.(2025·湖南永州模拟)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象，得到如图乙和图丙所示的干涉条纹，用这两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　) A.图甲中的Hα对应的是Ⅱ B.图乙中的干涉条纹对应的是Ⅱ C.Ⅰ的光子动量小于Ⅱ的光子动量 D.P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的小 答案　A 解析　由题意可知，氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，故可见光Ⅰ的能量大于可见光Ⅱ的能量，可见光Ⅰ的频率大于可见光Ⅱ的频率，故可见光Ⅰ是紫光，可见光Ⅱ是红光，题图甲中的Hα对应的是Ⅱ，故A正确;因可见光Ⅱ的频率小，故可见光Ⅱ的波长大，其条纹间距较大，根据Δx＝λ可知题图丙中的干涉条纹对应的是Ⅱ，故B错误;根据p＝可知Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，－eUc＝0－Ek，可得eUc＝hν－W0，可知发生光电效应时Ⅰ对应的遏止电压大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D错误。 13.掌握并采用核聚变产生能源是核物理中最具有前景的研究方向之一。太阳上的一种核反应为两个氘核H)聚变成一个He核。已知氘核的质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 uHe核的质量为3.015 0 u。1 u相当于931.5 MeV。 (1)写出该核反应方程; (2)计算上述核反应中释放的核能ΔE(保留3位有效数字); (3)若两个氘核以相等的动能0.45 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化成动能，则反应中生成的He核和中子的动能各是多少? 答案　(1HHHen　(2)3.26 MeV　 (3)1.04 MeV　3.12 MeV 解析　(1)由质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为HHHen。 (2)设核反应的质量亏损为Δm，则有 Δm＝2.013 6 u×2－(3.015 0＋1.008 7)u＝0.003 5 u 释放的核能 ΔE＝0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。 (3)设核反应后He核和中子的动量分别为p1、p2，动能分别为Ek1、Ek2，则根据动量守恒定律有p1＋p2＝0 Ek1＝，Ek2＝ 根据能量守恒定律有2Ek0＋ΔE＝Ek1＋Ek2 解得Ek1＝1.04 MeV，Ek2＝3.12 MeV。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第2讲　原子结构和原子核 【复习目标】 1.理解原子的核式结构，了解氢原子光谱，理解玻尔原子结构理论，会分析能级跃迁问题。 2.理解原子核的衰变，会计算原子核的半衰期。 3.理解原子核的人工转变、重核的裂变、轻核的聚变，会书写核反应方程，会计算核反应过程的核能。 【必备知识】 1.原子核式结构 (1)电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。 (2)α粒子散射实验 1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验。实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”。 (3)原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 2.氢原子光谱 (1)光谱分类 (2)氢原子光谱的实验规律:巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3，4，5，…，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1)。 3.玻尔三条假设 (1)定态假设:原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 (2)跃迁假设:电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em(m<n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)。 (3)轨道假设:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。 4.氢原子能级和能级公式 (1)氢原子的能级公式和轨道半径公式 ①能级公式:En ＝E1(n＝1，2，3，…)，其中基态的能量E1最低，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②半径公式:rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，其数值为r1 ＝0.53×10－10 m。 (2)氢原子的能级图(如图所示) 5.原子核 (1)原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 (2)天然放射现象 ①放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。 ②放射性同位素的应用与防护 应用:消除静电、工业探伤、作为示踪原子、培养优良品种。 防护:防止放射线对人体组织的伤害。 (3)原子核的衰变 ①衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 ②分类 α衰变XY＋He β衰变XY＋e γ辐射:当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随γ辐射。 ③两个典型的衰变方程 α衰变UThHe β衰变ThPae (4)半衰期 ①定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 ②影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 ③公式:N余 ＝N原，m余＝m原。 (5)核力与结合能 ①核力:原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 ②质能方程:核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。 ③结合能:核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能。 ④比结合能:原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 (6)裂变反应与聚变反应 ①重核裂变 典型方程UnKrBa＋n 链式反应条件:铀块的体积大于临界体积。 ②轻核聚变 典型方程HH→Hen＋17.6 MeV 聚变反应为热核反应。 【考点突破】 考点一　原子的核式结构 【典例剖析】 例1 α粒子散射实验的示意图如图所示，放射源发出α射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中1、2、3为其中的三个位置。下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是(　　) A.在位置2接收到的α粒子最多 B.在位置1接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C.位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大 D.若正电荷均匀分布在原子内，则1、2、3三个位置接收到α粒子的比例应相差不多 【即时训练】 1.(多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法中正确的是(　　) A.绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹3，说明原子中心存在原子核 B.发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的 C.沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小 D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大 考点二　玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱 【知识梳理】 1.两类能级跃迁 (1)自发跃迁:高能级(n)低能级(m)→放出能量，辐射光子，hν＝En－Em。 (2)受激跃迁:低能级(m)高能级(n)→吸收能量。 ①光照(吸收光子):光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝En－Em。 ②碰撞、加热等:只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可，E外≥En－Em。 ③大于电离能的光子被吸收，原子将电离。 2.电离 电离态:n＝∞，E＝0 基态→电离态:E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV。 激发态→电离态:E吸>0－En＝|En|。 若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。 3.原子辐射光谱线数量的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)条。 (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为N＝。 【典例剖析】 例2 (多选)(2025·八省联考山陕青宁卷，9)氢原子能级图如图所示，若大量氢原子处于n＝1，2，3，4的能级状态，已知普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，1 eV＝1.6×10－19 J，某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV，则(　　) A.这些氢原子跃迁过程中最多可发出3种频率的光 B.这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为1.6×1014 Hz C.这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出 D.一个动能为12.5 eV的电子碰撞一个基态氢原子不能使其跃迁到激发态 【即时训练】 2.(2024·安徽卷，1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(　　) A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 3.(多选)(2024·重庆卷，8)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线，如图所示，则(　　) A.Hα的波长比Hβ的小 B.Hα的频率比Hβ的小 C.Hβ对应的光子能量为3.4 eV D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 考点三　原子核的衰变及半衰期 【知识梳理】 1.α衰变和β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 XYHe XYe 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个He射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 H＋nHe nHe 匀强磁 场中轨 迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2.三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 能力 贯穿 本领 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 较强 较弱 β射线 电子 e －e u 较弱 较强 γ射线 光子 γ 0 0 更弱 更强 3.对半衰期的理解 (1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核没有意义。 (2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原，m余＝m原。 4.衰变次数的计算方法 先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。 【典例剖析】 例3 (2024·山东卷，1)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知Sr衰变为Y 的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约为87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是(　　) ASr衰变为Y时产生α粒子 BPu衰变为U时产生β粒子 C.50年后，剩余的Sr数目大于Pu的数目 D.87年后，剩余的Sr数目小于Pu的数目 【即时训练】 4.(2024·北京卷，1)已知钍234的半衰期是24天，则1 g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为(　　) A.0 g B.0.25 g C.0.5 g D.0.75 g 考点四　核反应及核能的计算 角度1　核反应方程的书写 【知识梳理】 1.核反应的四种类型 类　型 可控性 核反应方程典例 α衰变 自发 UThHe β衰变 自发 ThPae 人工转变 人工控制 NHeOH (卢瑟福发现质子) HeBeCn (查德威克发现中子) AlHe Pn 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 PSie 重核裂变 比较容易 进行人工 控制 nUBaKr+n nUXeSr+1n 轻核聚变 很难控制 HHHen+17.6 MeV　　　　　　 2.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子H)、中子n)、α粒子He)、β粒子e)、正电子e)、氘核H)、氚核H)等。 (2)掌握核反应方程遵循的规律:质量数守恒，电荷数守恒。 (3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。 【典例剖析】 例4 (2024·广东卷，2)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应YAmX+n产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是(　　) A.Y为Fe，A=299 B.Y为Fe，A=301 C.Y为Cr，A=295 D.Y为Cr，A=297 【即时训练】 5.(2024·甘肃卷，1)2024年2月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素Os，核反应方程如下: CdNiOs＋4X 该方程中X是(　　) A.质子 B.中子 C.电子 D.α粒子 角度2　核能的计算 【知识梳理】 1.核能的计算方法 (1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (3)根据核子比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。 2.对质能方程的理解 (1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。 (3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 【典例剖析】 例5 (2024·浙江1月选考，7)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1，氘核摩尔质量为2 g·mol－1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是(　　) A.核反应方程式为H+HHen B.氘核的比结合能比氦核的大 C.氘核与氚核的间距达到10－10 m就能发生核聚变 D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV 例6 (多选)原来静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核，衰变后产生的新核Y和α粒子在磁场中运动径迹如图所示，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为Y核和α粒子的动能，已知Y核的动能为E0，光速为c，下列说法正确的是(　　) A.衰变方程为XHe+Y，其中α粒子由X核中两个中子和两个质子结合而成 B.Y核和α粒子在磁场中运动方向都为逆时针方向 C.该反应中质量亏损为 D.Y核和α粒子运动的半径之比为(Z－2)∶2 【即时训练】 6.(2025·江苏名校联盟联考)我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程—福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90%，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线，以下判断中正确的是(　　) A.两个H核结合成He时要释放能量 B.两个H结合成He存在能量与质量的相互转化 C.我国核电站发电就是利用轻核聚变释放能量 DU中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量小 7.(多选)太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是(　　) A.X粒子是质子 B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 【限时训练】（35min） 1.(多选)关于卢瑟福的原子核式结构，下列叙述正确的是(　　) A.原子是一个质量分布均匀的球体 B.原子的质量几乎全部集中在原子核内 C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内 D.原子直径的数量级大约是10－10 m，原子核直径的数量级是10－15 m 2.(2024·江苏卷，5)在某原子发生的跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是(　　) A.λ1 B.λ2 C.λ3 D.λ4 3.(2025·贵州黔东南模拟)如图所示，氢原子在可见光区的4条谱线(记作Hα、Hβ、Hγ和Hδ)分别对应氢原子从n＝3、4、5、6能级向n＝2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是(选项图中标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大)(　　) 4.(2025·黑龙江哈尔滨模拟)关于原子核衰变，下列说法正确的是(　　) A.100个铀核U)经一个半衰期后一定剩50个铀核U)未发生衰变 B.原子核的半衰期在高温高压下会变短 C.放射性元素发生β衰变时所放出的电子来源于原子核外 D.一个铀核U)衰变为铅核Pb)，要经过8次α衰变和6次β衰变 5.(2025·山东济南模拟)2024年1月天津大学科研团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题，打开了石墨烯带隙，开启了石墨烯芯片制造领域“大门”。石墨烯是C的同素异形体，目前已知C的同位素共有15种，其中14C是一种放射性的元素，可衰变为14N，如图所示为包含14C衰变相关信息，下列说法正确的是(　　) A.当环境温度变化时，14C的半衰期会发生改变 B.14C转变为14N，衰变方式为α衰变 C.32个14C原子核在经过22 920年后还剩2个 D.当14N数量是14C数量的3倍时，14C衰变经历的时间为11 460年 6.(2024·河北卷，1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明，锂元素主要来自宇宙高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为CHLi＋H＋X，式中的X为(　　) An Be Ce DHe 7.(2024·江苏卷，3)用粒子X轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是X＋H+，则粒子X为(　　) A.正电子e B.中子n C.氘核H D.氦核He 8.(2024·湖北卷，2)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一BnXY是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则(　　) A.a＝7，b＝1 B.a＝7，b＝2 C.a＝6，b＝1 D.a＝6，b＝2 9.(2024·浙江6月选考，4)发现中子的核反应方程为HeBe→Xn，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为PuU＋Y，下列说法正确的是(　　) A.核反应方程中的X为C B.衰变方程中的Y为He C.中子n的质量数为零 D.钚238的衰变吸收能量 10.(2025·四川绵阳一模)嫦娥五号带回的月壤中蕴藏着非常稀有的能源物质HeHe是一种清洁的可控核聚变燃料。已知He与H聚变时的核反应方程为HHeHeH。已知H的比结合能为1.09 MeVHe的比结合能为2.57MeVHe的比结合能为7.07 MeV。则该核聚变反应释放的核能约为(　　) A.3.3 MeV B.4.0 MeV C.17.6 MeV D.18.4 MeV 11.2023年4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过某种方法产生等离子体，等离子体满足一定条件就会发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。关于氢的同位素氘或氚的核聚变，其核反应方程为HHHe＋X＋17.6 MeV，光速c＝3.0×108 m/s，则下列说法正确的是(　　) A.H的比结合能大于He的比结合能 B.粒子X具有较强的电离能力 C.一个氘核和一个氚核发生核聚变，质量亏损约为3.1×10－29 kg D.提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应 12.(2025·湖南永州模拟)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象，得到如图乙和图丙所示的干涉条纹，用这两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　) A.图甲中的Hα对应的是Ⅱ B.图乙中的干涉条纹对应的是Ⅱ C.Ⅰ的光子动量小于Ⅱ的光子动量 D.P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的小 13.掌握并采用核聚变产生能源是核物理中最具有前景的研究方向之一。太阳上的一种核反应为两个氘核H)聚变成一个He核。已知氘核的质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 uHe核的质量为3.015 0 u。1 u相当于931.5 MeV。 (1)写出该核反应方程; (2)计算上述核反应中释放的核能ΔE(保留3位有效数字); (3)若两个氘核以相等的动能0.45 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化成动能，则反应中生成的He核和中子的动能各是多少? 学科网（北京）股份有限公司 $$